《网络协议》UDP 协议

清疚 2022-08-14 03:51 310阅读 0赞

### 概述 ###

UDP 是无连接、不可靠的数据报传输层协议，为应用程序发送和接收数据报，只是将数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证数据报能够到达另一端，任何必须的可靠性都由应用程序提供。在 UDP 情况下，虽然可以确保发送消息的大小，却不能保证消息一定会达到目的端。没有超时和重传功能，当 UDP 数据封装到 IP 数据报传输时，如果丢失，会发送一个 ICMP 差错报文给源主机。

即使出现网络阻塞情况，UDP 也无法进行流量控制。此外，传输途中即使出现丢包，UDP 也不负责重发，甚至当出现包的到达顺序杂乱也没有纠正的功能。若需要这些细节控制，则必须交给 UDP 的应用程序去处理。

### UDP 首部 ###

UDP 首部由源端口号、目标端口号、UDP 包长度以及检验和组成。UDP 首部只有 8 字节，每个部分 占 16 位。其结构如下图所示：

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\--**源端口号：**表示发送端的端口号，字段长度为 16 位。该字段是可选的，有时可能不会设置源端口号，没有源端口号时该字段的值设为 0。此时，可用于不需要返回的通信中；

\--**目标端口号：**表示接收端的端口号，字段长度为 16 位；

\--**UDP 包长度：**该字段保存了 UDP 首部的长度与 UDP 数据的字节长度之和，该字段的最小值为 8 字节，IP 数据报是指数据报总的长度，因此，UDP 数据报长度是总的长度减去 IP 首部的长度；

\--**检验和：**检验和是为了提供可靠的 UDP 首部和数据而设计；

### 检验和 ###

首先先说明计算 UDP 检验和引入 UDP 伪首部的原因。在前面介绍《[TCP 与 UDP 协议基本概述][TCP _ UDP]》中说到，为了防止相同端口号之间通信混乱，TCP/IP 或 UDP/IP 通信中通常采用 5 个信息来识别一个通信。它们分别是“源 IP 地址”、“目的 IP 地址”、“协议号”、“源端口号”、“目标端口号”。只要其中某一项不同，则被认为是其他通信。然而在 UDP 首部中只有源端口号和目的端口号，余下的 3 项都包含在 IP 首部中。假如其他 3 项信息（协议号、源 IP 地址、目的 IP 地址）被破坏，可能会导致无法正确接收到所需要的包（即可能收不到需要的包，而收到不该收的包）。为了避免这类问题的出现，有必要验证一个通信中必要的 5 项识别码是否正确。因此，在检验和的计算中引入了伪首部信息，UDP 伪首部为 12 字节，它包含 IP 首部的一些字段，其目的是让 UDP 两次检查数据是否已正确到达目的地。

在 IP 首部的检验和中，只需对 IP 首部进行检验，而 UDP 和 TCP 的检验和，对 UDP 首部和 UDP 数据或者 TCP 首部和 TCP 数据都进行检验。UDP 的检验和是可选的，而 TCP 的检验和是必须的。

UDP 检验和是一个端到端的检验和，它由发送端计算，然后由接收端验证。其目的是为了发现 UDP 首部和数据在发送端到接收端之间发生变化。如果 UDP 数据报的发送端没打开 UDP 校验和，而接收端计算校验和有差错，那么 UDP 数据报将会被丢掉，不产生任何差错报文。

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### 最大 UDP 数据报长度 ###

理论上 IP 数据报的最大长度为 65535 字节，去除 20 字节的 IP 首部和 8 个字节的 UDP 首部，因此 UDP 数据报的最大长度为 65507 字节。但是，大多数实现所提供的长度比这个最大值小。由于 UDP 最大数据报的限制，大于这个限制的数据报会被截断，从而发生数据丢失，且不会有任何数据丢失的通知。一般有两个因素的限制：

1.  应用程序可能会受到其程序接口的限制，一些 API 的实现中可能有限定 UDP 数据报的最大长度。另外，现在大部分系统都默认提供了可读写大于 8192 字节的 UDP 数据报。
2.  受限于 TCP/IP 内核的实现，可能存在一些实现特性，使 IP 数据报长度小于 65535 字节。

**UDP 优点：**在少量数据的传输时，使用 UDP 协议传输信息流，可以减少 TCP 连接的过程，提高工作效率；  
**UDP 缺点：**当使用 UDP 协议传输信息流时，用户应用程序必须负责解决数据报排序，差错确认等问题；

参考资料：

《TCP/IP 详解》  
《图解 TCP/IP》

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[TCP _ UDP]: http://blog.csdn.net/chenhanzhun/article/details/41541277
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